本发明专利技术提供一种新型基于磁致旋光效应的波长计，主要用于测量脉冲激光或连续激光的波长，其特征在于：由待测激光器、准直器、起偏器、磁光晶体、永久磁铁、偏振分束器、温度控制系统、平衡光电探测器和采集与分析系统组成。待测光通过准直器依次进入起偏器、磁光晶体和偏振分束器，根据磁致旋光效应，在磁光晶体中待测光的偏振态偏转一个与波长相关的角度，偏振分束器出射的两束光通过保偏光纤进入到平衡光电探测器。本发明专利技术的基于磁致旋光效应的波长计在原理上独特、新颖，在装置上不需要机械活动部件和参考激光器，可测量脉冲光，抗振性好、体积小、成本低，使用全光纤，光路简洁，准直性好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种波长计，特别是一种新型基于磁致旋光效应的对激光波长实时测 量的波长计。
技术介绍
波长计用于激光波长的测量，某些激光器，如可调谐可以利用其调谐机构在很宽 的波长范围内调节其输出光的波长，半导体激光器则在改变其工作温度和驱动电流时，其 输出光的波长会发生改变，使用时应事先确定在适合的工作条件下的输出波长，大多数激 光器在出厂和维修以后也必须对其输出波长进行重新标定。激光波长作为测量最基准值， 是激光器性能测试的一项重要参数，被广泛应用于多种物理参数的测量，是精密计量、精密 机械的重要测量参数，其在光频标研究领域中有着重要的作用。 干涉法是目前最广泛使用的测量激光波长的技术，基于干涉原理的波长计按干涉 仪的结构分为斐索干涉型、法布里-泊罗干涉型和迈克尔逊干涉型。 文献王利强、左爱斌和彭月祥"光波长测量仪器的分类、原理及研究进展"（科技 导报，2005,23(6) :31-33)说明了迈克尔逊干涉型波长计是基于迈克尔逊干涉原理，通过 对比参考光和待测光的干涉条纹数量来测量待测光波长。待测光首先被分光镜分为两束 光，接着通过移动导轨上的反射镜改变两束光的光程差，两束光汇合于分光镜的一点发生 干涉，产生干涉条纹。为了消除反射镜移动距离L引起的测量误差，通常引入一个波长已知 并且相对更稳定的激光作为参考光。参考光经过的光路与待测光保持一致，但由于波长不 同，产生的干涉条纹数量是不一样的，当反射镜移动距离L时，参考激光产生的条纹数量为,待测激光产生条纹数这样就得到待测光波长?通过引入参 考激光，迈克尔逊干涉型波长计的测量精度可以达到IO6-IO9,但是在成本和使用范围方 面还有诸多不足：（1)参考激光一般选用单纵模的He-Ne激光器，其成本较高，寿命有限，费 护成本高；（2)迈克尔逊干涉型波长计的精度受参考光与待测光光路准直度的影响，当振 动、温度变化或部件老化使待测光和参考光的夹角过大，将引起二波长的行程误差，最终导 致测量误差变大；（3)受原理所限，迈克尔逊干涉仪必须通过移动反射镜来产生干涉条纹 亮暗变化，而机械运动部件的存在使得测量速度受到限制（较快的约200HZ，约5ms)，在一 个激光脉冲持续的瞬间，棱镜几乎是静止的，读不到干涉条纹的变化，现有技术水平不能够 测量窄脉冲光（ns量级）；(4)由于机械部件受温度和振动影响大，不宜在环境复杂的工作 场所使用。 文献张铁军、陈方和许凤明"利用Fizeau干涉仪测量激光波长"（光学机械，1989， 1，26-30)说明了斐索干涉型波长计是基于斐索干涉原理，斐索干涉的基本原理是光入射到 楔形平板上，然后由楔形平板的两个不平行平面反射产生等厚干涉。斐索干涉型波长计中 的斐索干涉仪一般由两个熔融石英光学平板和一楔形隔圈胶合而成，通过固定干涉腔两个 内表面的间距和锲角，对斐索干涉仪的干涉条纹的宽度及初始相位进行测量来获得待测光 波长。在光电二极管列阵上干涉图给定点的光强取决于从两表面反射的两光线投射在该点 的相位差，该相位差是光由第二个表面反射所增加的光程。相位差引起的强度分布可表示 为干涉图周期处的相位，锲角Θ和斐索劈间距 X。已知，通过测量干涉条纹的周期可得到波长近似值，在光电二极管列阵上可获取零像元 距第一个极小值间的距离PH，得到第一极小处的干涉级次N，最终可精确得到待测波长值。 但是锲角Θ和斐索劈间距X。都会受温度影响，所以一般采用相对测量方法，即每次测量前 用可精确知道波长的He-Ne激光对仪器X。和Θ进行修正。同样需要内置参考光源，因此 仍存在成本高、寿命有限、需要设备费护等问题。 法布里-泊罗干涉型波长计是利用光束通过两块镀以高反射率、间距一定的玻璃 板时产生多光束干涉的现象来测量脉冲或连续激光器的输出波长，同样也需要在F-P标准 具测量系统中引入波长已知的参考光，对测量系统的参数校准。 迈克尔逊干涉型波长计相对于另外两种波长计具有更高的测量精度，在目前商用 激光波长计中占有重要地位。但这几种波长计都需要参考激光器，因此在设备体积，复杂环 境适用性，以及设备与费护成本上不占有优势。
技术实现思路
本专利技术的目的：在于提供一种新型基于磁致旋光效应的波长计，该波长计结构简 单，不需要参考激光，体积小，能高速实时测量激光的波长。 本专利技术创造通过以下技术方案实现： 本专利技术由待测激光器（1)、准直器（2)、起偏器（3)、磁光晶体（4)、永久磁铁（5)、偏 振分束器(6)、温度控制系统（7)、平衡光电探测器（8)、采集和分析系统（9)组成，上述各部 分连接关系如下： 激光器发出的待测光经准直器进入到一个起偏器，继续向前传输经过磁光晶体， 进入到偏振分束器，经偏振分束器出射振动方向正交的O光、e光，这两束光通过保偏光纤 进入到平衡光电探测器，其光功率分别由平衡光电探测器的两个探测端探测，电脑对探测 器接收到的数据读取和记录，并对数据进行分析和处理，温度控制系统保证起偏器、磁光晶 体和偏振分束器温度稳定。 所述的激光器为波长未知的激光器，可以是连续激光器或脉冲激光器。 所述的起偏器件可以使入射激光变为振动方向与起偏器起偏方向一致的线偏振 光，例如为由两块方解石直角棱镜胶合而成的格兰-汤普森棱镜和格兰-付科棱镜。 所述的磁光晶体使线偏振光的偏振面旋转一个与待测光波长相关的角度，例如磁 光性能较好的钇铁石榴石和掺铋稀土铁石榴石晶体。 所述的永久磁铁对磁光晶体施加与待测光传播方向平行的磁场，通过磁致旋光效 应使光在磁光晶体中传播时偏振态发生偏转，偏转的方向只与磁场方向和磁光晶体材料有 关，与光的传播方向无关。 所述的偏振分束器使入射的线偏振光分为振动方向正交的〇光、e光，例如由两块 底面相同的方解石直角棱镜其光轴正交地胶合而成的渥拉斯顿棱镜，偏振分束器的第一块 三角棱镜的主轴方向与所述的起偏器的起偏方向夹角为45度。 所述的温度控制系统可以控制起偏器、磁光晶体、分束器温度稳定，例如使用半导 体帕尔贴效应的制冷制热片和热敏电阻等构成的负反馈闭环控制系统，采用PID算法进行 精确控温。这样激光偏振态的偏转角度就只与波长有关，消除了温度对测量精度的影响。 所述的平衡光电探测器内置两路通道，使用两个波长光电转换参数一致的光电二 级管进行光电转换。 所述的采集与分析系统包含数据采集装置和数据分析程序，对平衡光电探测器探 测的功率进行读取、记录和数据处理，获得待测激光的波长λ。 本专利技术专利的工作原理是：利用晶体的磁致旋光效应，也称为法拉第旋转效应，即 一束线偏振光沿外加磁场强度方向或磁化方向通过磁光晶体（介质）时偏振面会发生旋 转，这是具有磁矩的介质与电磁波的电场和磁场相互作用的结果，且其旋转的角度与外加 磁场和入射的光波长有关。在所有磁光效应中，介电常量张量ε的变化均与介质磁化强度 M密切相关，对于对称性高于正方的晶系，各个分量可以表示为 入射的线偏振光 波矢k = nwc 1S, s为波矢方向的单位矢量，将⑵代入⑴并结合麦克斯韦方程 可得 式中a、β和Y分别表示波矢k相对于X、y和z轴的方向余弦。简化得： 由上式可以得出折射率n，其中（3)和（4)是描述各种磁光效应的基础。在波矢k 与磁化强度M平行的情形下，即M//z方向，当前第1页1&nbs本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型的基于磁致旋光效应的波长计，其特征在于：由待测激光器(1)、准直器(2)、起偏器(3)、磁光晶体(4)、永磁铁(5)、偏振分束器(6)、温度控制系统(7)、平衡光电探测器(8)和采集与分析系统(9)组成，上述各部分的位置关系如下：待测激光器(1)发出的光经过准直器(2)准直进入起偏器(3)，出射光偏振态与起偏器起偏方向一致，再进入到外加永磁铁(5)的磁光晶体(4)，由于磁致旋光效应，待测光的偏振态发生偏转，偏转后的光进入到偏振分束器(6)分成振动方向正交的o光和e光，这两束光分别入射到平衡光电探测器(8)的两个探测端口，采集与分析系统(9)对平衡光电探测器(8)探测到的光功率分别进行读取和记录，进行数据处理，得到待测激光器(1)的波长，温度控制系统(7)控制起偏器(3)、磁光晶体(4)和偏振分束器(6)温度稳定。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李裔，单恩梅，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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